[배터리체크포커스]<2>삼원계의 귀환, LFP의 역습(下)

[편집자주] 배터리 산업은 한 때 '제2의 반도체'로 여겨졌다. 기업들은 수십조원을 투자해 전세계에 생산거점을 확보했다. 하지만 전기차 수요 부진과 중국의 굴기로 K배터리 밸류체인은 위기에 직면했다. 이런 상황 속에서 배터리 산업의 현주소와 미래 가능성을 진단해본다.

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LFP·LMR·미드니켈…중국 상대 K배터리, 중저가 라인업 '영끌'
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삼원계 계열 양극재 적재량 추이/그래픽=이지혜

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'삼원계(NCM·NCA)' 배터리 본진을 지키면서 중국이 장악한 중저가 시장 공략을 점유율을 늘리는게 K배터리의 지상과제로 떠올랐다. 이에 국내 배터리 및 소재 기업들은 AI(인공지능) 시대를 대비해 삼원계 기술을 고도화하는 동시에 LFP(리튬·인산·철)와 LMR(리튬·망간·리치), 미드니켈 등 가성비를 갖춘 제품 라인업 확보에 주력하고 있다.

구체적으로 LG에너지솔루션은 NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄)와 NCM(니켈·코발트·망간), 니켈 함량 94% 이상 원통형 46시리즈(지름 46㎜) 등의 라인업을 갖췄다. 하이니켈 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 명가로 자리잡은 삼성SDI는 46파이 원통형 배터리도 주무기로 활용하고 있다. SK온은 파우치형 하이니켈 NCM으로 글로벌 시장에 승부수를 띄웠다.

중저가 포트폴리오 구축에도 속도를 내고 있다. LG에너지솔루션은 르노그룹과 2030년까지 39GWh(기가와트시) 규모의 LFP 배터리 공급계약을 체결했고, 북미에서는 ESS(에너지저장장치)용 LFP 생산을 이미 시작했다. 삼성SDI와 SK온은 ESS용 배터리를 시작으로 LFP 시장 진출을 타진 중이다. 여기에 고전압 미드니켈·LMR 등 가성비 배터리들도 배터리 3사의 옵션 제품으로 거론되고 있다.

소재사들 역시 마찬가지다. 니켈 95% 수준의 '울트라 하이니켈' 양극재 사업에 힘을 주면서도, 중저가 시장 공략을 위한 전략을 마련하고 있다. LG화학은 고밀도 LFP와 장수명 특성의 ESS용 LFP 등 차별화된 솔루션 확보에 나섰다. 이미 복수의 기업들과 제품 공급을 협의 중인 것으로 알려졌다. 고전압 미드니켈 양극재는 2027년, LMR 양극재는 2028년 양산이 목표다.

포스코퓨처엠은 기존 삼원계 생산라인을 개조해 오는 7~8월쯤 준비를 마치고 연내 국내 고객사에 LFP 양극재를 공급한다는 계획이다. 특히 LMR 양극재에 대해서는 1세대 제품 개발과 양산 기술 확보를 끝냈고 2세대 제품은 파일럿 단계에서 성능 개선을 진행 중이다. LMR은 LFP와 가격 경쟁력은 비슷하면서도 높은 에너지 밀도를 갖춘 제품이기 때문에 회사측이 기대를 걸고 있다.

에코프로비엠은 니켈 함량 60% 수준을 갖춰 가격 경쟁력과 수명·안전성을 모두 갖춘 고전압 미드니켈 양극재를 준비하고 있다. 지난해 10월부터 라인 구축에 들어갔다. 현재 글로벌 자동차 및 셀 기업들과 공급 협의를 진행하고 있고, 내년에 본격 양산 예정이다. 경북 포항과 헝가리 공장 등을 활용하는 방안이 검토되고 있다. 에코프로비엠 캠(양극재 생산)2공장에는 연간생산량 4000톤 규모의 LFP 준양산 라인이 확보돼있다.

엘앤에프는 지난해 8월 자회사 엘앤에프플러스를 통해 LFP 배터리용 양극재 생산라인을 만들어왔다. 대구 국가산업단지 내 총 6만톤 규모 공장을 투자 중이며, 초기 3만톤 규모로 올해 2~3분기부터 양산에 돌입할 예정이다. 최근에는 삼성SDI와 1조6000억원 규모의 LFP 양극재 중장기 공급 계약도 맺었다. 중국 외 기업으로는 첫 대규모 LFP 양극재 공급계약이다.

업계 관계자는 "LFP 등 중저가 제품의 경우 ESS용으로 활용될 여지가 크기 때문에 K배터리가 놓칠 수 없는 시장"이라며 "점유율 반등을 위해서는 풀 포트폴리오를 기반으로 시장에 대응해야 할 것"이라고 강조했다.

LFP 계열 양극재 적재량 추이/그래픽=이지혜

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쏟아지는 폐배터리..'삼원계'는 재활용하고 'LFP'는 버린다?
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전 세계 배터리 수명이 다한 모빌리티 수, 글로벌 폐배터리 시장/그래픽=임종철

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재활용 문제도 배터리업계의 주된 관심사다. 2030년을 전후해 폐배터리가 기하급수적으로 증가할 게 유력하기 때문이다. 이 부분에서는 K배터리의 '본진'이나 다름없는 삼원계(NCM·NCA) 제품이 LFP(리튬·인산·철) 대비 확고한 이점을 갖고 있다는 평가다.

26일 한국경제인협회에 따르면 배터리 수명이 다한 모빌리티(이동) 수단은 2023년 17만대를 시작으로 2030년 411만대, 2040년 4227만대로 증가할 전망이다. 글로벌 폐배터리 시장 규모도 2023년 108억 달러에서 연평균 17% 성장해 2040년 2089억 달러 규모에 이를 것으로 보인다.

전기차 배터리의 수명은 8~15년 정도다. 전기차 시장이 2020년대들어 본격 개화한 것을 고려할 때 폐배터리가 쏟아질 시간이 다가온 셈이다. 배터리 3사를 비롯해 에코프로와 같은 소재사, 포스코·LS 등 자원·광물을 다루는 대기업이 모두 폐배터리 재활용 사업에 뛰어든 이유다. EU(유럽연합)가 2031년부터 배터리 원재료 재활용 비율을 의무화하는 정책을 시행하는 것에도 대응해야 한다.

삼원계 배터리의 경쟁력이 부각되고 있는 배경이다. 삼원계에는 리튬과 코발트, 니켈 등 '돈이 되는' 광물이 충분하다. 폐배터리 재활용 자체가 하나의 사업 모델로 자리잡을 수 있다는 얘기다. 실제로 기업들의 폐배터리 재활용 기술은 배터리 순환경제가 가능하다는 점에서 대부분 삼원계에 맞춰져있다.

하지만 LFP는 다르다. 주 원료가 값싸고 흔한 '철'이기 때문에 재활용을 하는데 수지타산이 맞지 않는다. LFP 배터리를 많이 쓰는 중국의 경우 폐배터리를 매립하는 경우가 많은 것으로 알려졌다. '한 번 쓰고 버린다'는 LFP의 콘셉트는 경제성이 떨어질 뿐더러 친환경 기조에도 맞지 않는다는 지적이다.

LFP의 이같은 약점을 보완하려는 시도 역시 이어지고 있다. 중저가 및 ESS(에너지저장장치)용 배터리의 대세로 자리잡았기 때뭍이다. SK이노베이션은 지난해 12월 물과 이산화탄소, 과산화수소만을 이용해 LFP에서 탄산리튬을 선택적으로 회수하는 친환경 공정을 개발했다. 한국원자력연구원도 지난해 2월 염소(Cl2) 기체를 활용해 LFP 배터리에 있던 리튬 99.8%를 추출하는 기술을 발표했다.

김지현 기자 flow@mt.co.kr 최경민 기자 brown@mt.co.kr

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